(72) Twórca(y)wzoru uzytkowego: Josef Mocivnik, Fohnsdorf, AT Karl Bóhm, Ansfelden, AT m O) CM (Osf/rseósz/sf 43UM1155PL00 PCT/AT98/00149 OK-I-43/45736 Qvl (oieibO Urzadzenie do wiercenia otworów w gruncie lub materiale skalistym Przedmiotem wzoru uzytkowego jest urzadzenie do wiercenia otworów w gruncie lub materiale skalistym, zwlasz¬ cza do wiercenia udarowego lub udarowo-obrotowego, przezna¬ czone do umieszczania w zespole wiertnicy, skladajace sie z 5 zerdzi wiertniczej osadzonej z jednej strony w glowicy plucz¬ kowej i wyposazonej na przeciwleglym roboczym koncu w koronke wiertnicza, posiadajace, usytuowane szeregowo, rury oslonowe opasujace z odstepem zerdz wiertnicza i sprzezone z koronka wiertnicza. 10 Dotychczas, w celu wywiercenia otworu w gruncie lub ma¬ teriale skalistym i nastepnie osadzenia elementu kotwiacego, przeprowadza sie wykonanie odwiertu za pomoca urzadzen wiert¬ niczych, takich jak wieze wiertnicze z wiertnicami, czy prze¬ wozne wiertnice masztowe, wyposazonych w urzadzenia do wier- 15 cenia otworów. Urzadzenia do wiercenia otworów osadzone sa w urzadzeniu wiertniczym za pomoca glowicy pluczkowej i zawie¬ raja przewody wiertnicze w postaci zerdzi lub rur. Glowica2 pluczkowa, osadzona w urzadzeniu wiertniczym napedza za pomo¬ ca urzadzen napedowych i odpowiednich przekladni zerdzie lub rury wiertnicze, wprawiajac w ruch umieszczone na ich koncu narzedzie urabiajace takie jak swider lub koronka wiertnicza. 5 Jednoczesnie z wykonywaniem odwiertu, do otworu w gruncie wprowadzane sa rury oslonowe, opasujace z odstepem przewody wiertnicze i sprzezone z narzedziem urabiajacym. Podczas wiercenia narzedzie plucze sie, przez wprowadzanie pluczki do kanalu pierscieniowego pomiedzy zerdzia wiertnicza i rura 10 oslonowa, a po zakonczeniu wiercenia i najczesciej usunieciu przewodów wiertniczych wprowadza sie do odwiertu twardniejaca substancje wypelniajaca.Znane jest, na przyklad z opisu patentu austriackiego AT-B 390 303, urzadzenie do tworzenia odwiertów i pózniejsze- 15 go tworzenia zakotwienia, za pomoca którego poprzez wierce¬ nie, w szczególnosci wiercenie udarowe albo udarowo-obrotowe, wykonuje sie odwiert za pomoca osadzonej na zerdzi wiertni¬ czej koronki wiertniczej i zwykle po przynajmniej czesciowym usunieciu koronki wiertniczej z odwiertu oraz po umieszczeniu 20 kotwy i wprowadzeniu twardniejacej substancji wypelniajacej, na przyklad mieszanki betonowej, osadza sie kotew w gruncie lub materiale skalistym w pozostajacej w odwiercie rurze oslonowej. Zerdz wiertnicza jest przy tym zwykle wydrazona, zeby umozliwic doprowadzenie pluczki do strefy koronki wiert- 25 niczej celem jej plukania i chlodzenia, przy czym urobiony material jest zwykle odprowadzany na zewnatrz wzdluz obwodu zerdzi wiertniczej . Jednoczesnie z wierceniem, wprowadza sie do odwiertu rure oslonowa laczaca sie z koronka wiertnicza,3 zeby zwlaszcza w przypadku luznej skaly, uniknac zalamywania sie otaczajacego materialu i zasypywania odwiertu oraz umoz¬ liwic utrzymanie okreslonej wolnej przestrzeni celem wyprowa¬ dzania urobionego materialu ewentualnie wraz z pluczka. Rura 5 oslonowa pozostaje w odwiercie po jego wykonaniu i moze w ten sposób ulatwic wstawienie kotwy do odwiertu i pózniejsze na¬ pelnianie betonem. Jednak usuwanie koronki wiertniczej wraz z zerdzia jest bardzo czasochlonne. Ponadto celem wprowadzenia pluczki i jej wyprowadzenia wraz z urobionym materialem trze¬ ci ba przewidziec odpowiednio duzy przeswit miedzy zerdzia wiertnicza i rura oslonowa. Poza tym, wykorzystujac pozosta¬ jaca w odwiercie rure oslonowa mozna wydobyc z odwiertu tylko koronke wiertnicza w czesciach, a wiec koronka taka powinna miec konstrukcje wieloczesciowa, aby bylo mozliwie jej cze- 5 sciowe usuwanie wraz z zerdzia wiertnicza. Zwlaszcza w przy¬ padku dlugich otworów moze sprawiac trudnosci usuniecie ko¬ ronki wiertniczej i nastepnie osadzenie kotwy oraz napelnie¬ nie substancja wypelniajaca, taka jak na przyklad beton, gdy podczas wiercenia nastapi uszkodzenie lub zalamanie rury 0 oslonowej i odwiert nie ma pelnego przekroju.Ponadto znane jest z niemieckiego opisu DE-A 40 36 721 urzadzenie do wprowadzania zerdzi lub rur wiertniczych do gruntu albo w sciany, przy czym poprzez zewnetrzna rure za- bierakowa wprowadza sie do glowicy wiertniczej energie udaro- 5 wa i obrotowa potrzebna do uksztaltowania odwiertu oraz laczy sie z ta glowica zerdz we wnetrzu rury udarowej. Po wykonaniu odwiertu, usuwa sie rure udarowa osadzona swobodnie na glowi¬ cy wiertniczej, po czym po utwardzeniu wprowadzonej substan-4 ej i wypelniajacej nastepuje ustalenie i zakotwienie w otacza¬ jacym materiale zerdzi polaczonej z glowica wiertnicza.Celem wzoru uzytkowego jest zaproponowanie takiego urza¬ dzenia do wiercenia otworów w gruncie lub materiale skali- 5 stym, które zwlaszcza w przynajmniej czesciowo spulchnionych albo luznych gruntach lub materialach skalistych umozliwi za¬ stosowanie uproszczonej technologii wiercenia i nastepnie utworzenie zakotwienia oraz pozwoli wprowadzac pluczke i two¬ rzyc zakotwienie przy niskich kosztach konstrukcyjnych i 0 technologicznych.Urzadzenie do wiercenia otworów w gruncie lub materiale skalistym, zwlaszcza do wiercenia udarowego lub udarowo- obrotowego, przeznaczone do umieszczania w zespole wiertnicy, skladajace sie z zerdzi wiertniczej osadzonej z jednej strony 5 w glowicy pluczkowej i wyposazonej na przeciwleglym roboczym koncu w koronke wiertnicza, posiadajace, usytuowane szerego¬ wo, rury oslonowe opasujace z odstepem zerdz wiertnicza i sprzezone z koronka wiertnicza, tak ze pomiedzy zerdzia wiertnicza i rura oslonowa utworzony jest kanal pierscieniowy 0 do wprowadzania pluczki i twardniejacej substancji wypelnia¬ jacej, charakteryzuje sie wedlug wzoru uzytkowego tym, ze zerdz wiertnicza ma postac preta, który na powierzchni ze¬ wnetrznej ma wyprofilowanie, w postaci wypuklych garbów a do¬ laczona do jego konca roboczego koronka wiertnicza ma sredni- 5 ce zewnetrzna wieksza od zewnetrznej srednicy rur oslonowych, przy czym znajdujaca sie przy koncu roboczym rura oslonowa jest polaczona z koronka wiertnicza rozlacznie a nastepujace za nia rury oslonowe na czesci swojej dlugosci sa z elastycz¬ nego materialu.5 Znajdujaca sie przy koncu roboczym rura oslonowa moze miec w sciance otwór przelotowy dla wyprowadzania pluczki do otaczajacego ja gruntu.Wyprofilowania zerdzi wiertniczej moga miec postac gar- 5 bów w ksztalcie gwintu lub zeberek.Dzieki rozwiazaniu wedlug wzoru uzytkowego mozna zreali¬ zowac prostszy niz dotychczasowe przewód wiertniczy, poniewaz nie trzeba stosowac srodków umozliwiajacych wprowadzanie pluczki do wnetrza przewodu a nastepnie do koronki wiertni- 0 czej, gdyz kanal pierscieniowy pomiedzy zerdzia i rura oslo¬ nowa ma powierzchnie przelotowa wystarczajaca do wprowadzenia pluczki do strefy koronki wiertniczej.Urzadzenie wedlug wzoru jest szczególnie uzyteczne w luznych lub spulchnionych gruntach lub materialach skali- 5 stych, gdyz w takim przypadku nie trzeba najczesciej odprowa¬ dzac pluczki i urobionego materialu na powierzchnie, a urobek i ewentualnie pluczke mozna wypierac do otoczenia odwiertu.Dzieki temu, ze po wykonaniu otworu wprowadza sie do kanalu pierscieniowego miedzy zerdzia i rura oslonowa twardniejaca 0 substancje wypelniajaca celem utworzenia zakotwienia, bez uprzedniego usuwania koronki wiertniczej z odwiertu i osadza¬ nia oddzielnej kotwy. Dzieki temu, przy stosowaniu urzadzenia wedlug wzoru nie wystepuja czasochlonne operacje wymagane przy wykorzystywaniu urzadzen znanych ze stanu techniki, czy- 5 li przynajmniej czesciowe usuwanie z odwiertu koronki i zer¬ dzi wiertniczej i nastepnie wprowadzenie kotwy. Koronka wiertnicza wraz z zerdzia wedlug wzoru zalana twardniejaca substancja tworzy bardzo skuteczne zakotwienie.6 W razie stosowania urzadzenia w twardszym gruncie, gdzie potrzebne jest ewentualnie przynajmniej czesciowe wyprowadza¬ nie urobionego materialu, dzieki wiekszej srednicy koronki wiertniczej uzyskuje sie odwiert o srednicy wewnetrznej nieco 5 wiekszej od srednicy zewnetrznej rury oslonowej. W ten sposób pluczke, ewentualnie z urobionym materialem, mozna odprowa¬ dzac po zewnetrznej stronie rury oslonowej na powierzchnie i ponadto zapewnia sie latwe wprowadzanie rury oslonowej do od¬ wiertu podczas wiercenia, bez nadmiernego tarcia. 0 Dzieki temu, ze pluczke wyprowadza sie do otaczajacego gruntu lub materialu skalistego przez otwór przelotowy w ru¬ rze oslonowej w poblizu koronki wiertniczej, po czym ewentu¬ alnie wyprowadza sie z odwiertu pluczke z urobionym materia¬ lem, umozliwione jest niezawodne wprowadzanie pluczki do ota- 5 czajacego materialu i nastepnie niezawodne wyprowadzanie twardniejacej substancji wypelniajacej do otaczajacego, zwlaszcza luznego gruntu albo materialu skalistego przynajm¬ niej w strefie otaczajacej koronke wiertnicza, co pozwala od¬ prowadzac material i uzyskiwac zespolenie z otaczajacym mate- 0 rialem, tworzac bardziej skuteczne zakotwienie.Poniewaz po zakonczeniu wiercenia, zerdz wiertnicza oraz pozostajaca w odwiercie koronka wiertnicza sluza bezposrednio jako kotew, tworzonego przez pózniejsze wprowadzenie tward¬ niejacej substancji wypelniajacej do kanalu pierscieniowego 5 miedzy zerdzia wiertnicza i rura oslonowa zakotwienia, pozwa¬ la to w efekcie zaoszczedzic znacznie czas w porównaniu z urzadzeniami ze stanu techniki.7 Dzieki uksztaltowaniu zerdzi wiertniczej w postaci preta bez wydrazenia w srodku, powstaje odpowiednio stabilny drazek kotwowy, przy czym zeberkowe lub gwintowe garby na powierzch¬ ni zewnetrznej zerdzi wiertniczej zapewniaja dobre zakotwie- 5 nie takiej kotwy w betonie.Jezeli potrzebne jest bezposrednie zwiazanie wprowadza¬ nej substancji wypelniajacej z otaczajacym materialem skali¬ stym, w szczególnosci w twardej skale, to jest to umozliwione dzieki temu, ze rura oslonowa jest zamocowana rozlacznie na 0 koronce lub na zerdzi wiertniczej, tak ze w miare wprowadza¬ nia substancji wypelniajacej, mozna wyciagac rure oslonowa z odwiertu.W wyniku elastycznego uksztaltowania czesci rury oslono¬ wej, która poszerza sie podczas pózniejszego wypelniania pod 5 cisnieniem twardniejacej substancji wypelniajacej, mozna od¬ powiednio zwiekszyc efekt zakotwienia w strefach spulchnione¬ go lub luznego podloza poprzez zwiekszenie rozmiarów rury oslonowej, przy czym dzieki obecnosci nienaruszonej, chociaz czesciowo poszerzonej rury oslonowej mozna odpowiednio ogra- 0 niczyc ilosc wprowadzanej twardniejacej substancji wypelnia¬ jacej bez obawy, ze w przypadku ewentualnych wnek w otaczaja¬ cym materiale, istniejacych w strefie odwiertu, trzeba byloby wprowadzac, nie dajace sie dokladnie okreslic, ilosci tward¬ niejacej substancji wypelniajacej. 5 Wzór uzytkowy zostanie objasniony blizej na schematycz¬ nym rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia w pólprzekroju wi¬ dziane z boku, urzadzenie wiertnicze wedlug wzoru a fig. 2 - w powiekszeniu widok przedniej czesci koronki wiertniczej i8 laczacej sie z nia zerdzi wiertniczej oraz rury oslonowej z fig.l.Na figurach rysunku ukazano koronke wiertnicza _1, która jest osadzona na zerdzi wiertniczej _2, przy czym zerdz wiert- 5 nicza 2_, majaca postac preta, na swoim obwodzie ma zeberkowe lub gwintowe wyprofilowanie 16_, przy czym na fig. 1 i 2 za¬ znaczono wyprofilowanie 16_ tylko czesciowo. Zerdz wiertnicza 2_ wprawia podczas wiercenia koronke wiertnicza 1_ w ruch obro¬ towy i/lub udarowy celem utworzenia odwiertu w, nie pokazanym 10 na rysunku, materiale skalnym. Z koronka wiertnicza 1_ pola¬ czona jest rozlacznie, usytuowana z odstepem wzgledem zerdzi wiertniczej 2_ rura oslonowa, przy czym pierwszy odcinek rury oslonowej _3, jest polaczony bezposrednio z koronka wiertnicza 1_ a w dalszej czesci rura oslonowa jest tworzona z kolejnych 15 odcinków rur oslonowych A_ stosownie do postepów wiercenia, przy czym zaznaczone jest polaczenie .5 miedzy odcinkami rur oslonowych <4, które moze byc na przyklad polaczeniem gwinto¬ wym. W strefie polaczenia _5 poszczególnych odcinków rur oslo¬ nowych A_ zaznaczono ponadto polaczenie poszczególnych segmen- 20 tów zerdzi wiertniczej 2_, na przyklad w postaci zlaczki ruro¬ wej c.Jak widac na fig. 1, oprócz gruntu lub skaly, gdzie ma byc wykonany odwiert, przy czym widoczna jest zaznaczona schematycznie powierzchnia gruntu 1_, przewidziana jest zazna- 25 czona ogólnie, wspólpracujaca z dalszymi elementami urzadze¬ nia wiertniczego, glowica pluczkowa 8_, dolaczona do zerdzi wiertniczej 2_ oraz rury oslonowej 4_r przy czym zgodnie ze strzalka 9_ pluczke, przykladowo sprezone powietrze, wprowadza9 sie do komory JJL rozciagajacej sie wzdluz osi 1_0 urzadzenia.Nastepnie pluczke doprowadza sie z komory _11, przez przynajm¬ niej jedna zaznaczona schematycznie szczeline L2 do kanalu pierscieniowego L3 utworzonego przez zerdz wiertnicza 2_ i 5 pierwszy odcinek rury oslonowej 3^ lub dalsze odcinki rur oslonowych 4_. Pluczka sluzy do plukania i chlodzenia koronki wiertniczej jlf przy czym dla odprowadzania pluczki i ewentu¬ alnie materialu urobionego przez koronke wiertnicza 1_ do ota¬ czajacego, spulchnionego lub luznego materialu w strefie ko- 0 ronki wiertniczej 1_ albo w jej poblizu przewidziany jest otwór przelotowy 14_ w sciance pierwszego odcinka rury oslono¬ wej .3. Zerdz wiertnicza 2_ wprawia w ruch obrotowy i/lub obro- towo-udarowy koronke wiertnicza 1_ za posrednictwem znanych urzadzen napedowych, które zazebiaja sie przykladowo z nasada 5 L5 wystajaca z glowicy pluczkowej 8_.W specjalnych zastosowaniach mozna uzyc na przyklad wode jako pluczke, przy czym ponadto dzieki temu, ze zewnetrzna srednica koronki wiertniczej _1 jest wieksza niz zewnetrzna srednica odcinków rur oslonowych _3, _4, material urobiony 0 przez wode jako pluczke, zwlaszcza w przypadku twardej skaly, jest wyprowadzany poprzez wolna przestrzen po zewnetrznej stronie rur oslonowych 3^, 4_. W kazdym razie wieksza srednica zewnetrzna koronki wiertniczej _1 umozliwia beztarciowe lub prawie beztarciowe wprowadzanie rury oslonowej 3_, _4 podczas 5 wiercenia.Po zakonczeniu wiercenia zdejmuje sie glowice pluczkowa S_ i nastepnie w kanal pierscieniowy 13_ utworzony przez zerdz wiertnicza 2_ i rury oslonowe _3, 4_ wprowadza sie pod cisnie-10 niem twardniejaca substancje, na przyklad beton, zeby stwo¬ rzyc odpowiednie zakotwienie, przy czym zerdz wiertnicza 2_ sluzy jako drazek kotwowy a pozostajaca w odwiercie koronka wiertnicza 1_ jako kotew. Poprzez otwór przelotowy 1A_ w przed- 5 nim pierwszym odcinku rury oslonowej .3 twardniejaca substan¬ cja wyplywa do otaczajacego materialu, tak ze w przypadku luznego materialu mozna uzyskac odpowiednie zwiazanie tak stworzonego zakotwienia z otaczajacym materialem. Zeberkowe albo gwintowe wyprofilowania JJ5 zerdzi wiertniczej 2_ sluzacej 0 jako drazek kotwowy umozliwiaja wtedy odpowiednio dobre zako¬ twienie takiego drazka kotwowego w twardniejacym betonie.Poza tym poszczególne odcinki rur oslonowych A_ sa uksztaltowane z materialu elastycznego, tak ze przy wprowa¬ dzaniu twardniejacej substancji wypelniajacej pod wysokim ci- 5 snieniem moze w luznych lub pustych obszarach gruntu nastapic rozszerzenie tych rur oslonowych 4_ przynajmniej na pewnym od¬ cinku, co pozwala poprawic skutecznosc zakotwienia utworzonej kotwy w otaczajacym, spulchnionym lub luznym materiale.Rura oslonowa 3^ jest odlaczana od koronki wiertniczej 1_ 0 i wyciaga sie ja z odwiertu wraz z dalszymi odcinkami rur oslonowych 4_ w miare wprowadzania substancji wypelniajacej do kanalu pierscieniowego miedzy zerdzia wiertnicza 2_ i rura oslonowa, co pozwala zwiazac kotew utworzona przez zerdz wiertnicza 2_ z otaczajacym materialem skalnym. Taka rozdziel- 5 nosc pierwszego odcinka rury oslonowej 3^ mozna uzyskac po¬ przez prosty rygiel albo zatrzask na tylnym koncu koronki wiertniczej 1, przy czym zamocowanie to mozna zlikwidowac11 przez odpowiednie przekrecenie pierwszego odcinka rury oslo¬ nowej 3^ wzgledem koronki wiertniczej _1.Tak wiec mozna zrezygnowac z czasochlonnych operacji przynajmniej czesciowego wyprowadzania koronki wiertniczej 1_ 5 i zerdzi wiertniczej 2_ po zakonczeniu wiercenia i pózniejsze¬ go wstawiania kotwy dzieki temu, ze zerdz wiertnicza 2_ i ko¬ ronka wiertnicza 1_ pozostaja w odwiercie po zakonczeniu wier¬ cenia i poprzez wprowadzenie substancji wypelniajacej do wol¬ nej przestrzeni kanalu pierscieniowego L3 miedzy zerdzia 10 wiertnicza 2_ tworzaca kotew i rurami oslonowymi _3, _4 uzyskuje sie bezposrednio zakotwienie w gruncie. 1. TECHMO ENTWICKLUNS- UND VERTRIEBS GmbH 2. „ALWAG" TUNNELAUSBAU GESELLSCHAFT MBH Pelnomocnik: POLSERWCE Rwran/Ww Patentowych sp.zao oo-7iaJwT^oka73 mgr inz. Monika Dziarnowska Rzecznik Patentowy4 3UM1155PL00 PCT/AT98/0014 9 OK-I-43/45736 PL PL PL PL PL